钹式换能器等效电路模型研究

采用等效电路法分析钹式换能器（Cymbal）阵元结构与机电性能的关系。将Cymbal阵元抽象为压电陶瓷片和金属帽两部分,分别建立压电陶瓷圆片和金属浅球壳的等效电路模型,将金属帽的水下辐射振动近似为圆面活塞辐射器,得到Cymbal阵元的机电等效图以及等效电路图。通过对等效电路和各电路参数的分析,解释了Cymbal作为低频小尺寸换能器获得较高辐射声功率和电声转换效率的原因,对优化其电声性能提供了指导性意见。     

汽车行驶减振带振动发电仿真研究北大核心CSCD

为了有效地采集减速带振动的能量,提出了一种采用Cymbal换能器的机电转换装置。汽车通过的压力经减速带传递到换能器使其产生轴向和径向位移,通过压电效应将机械能转化成电能。根据振动力学建立车辆减速带和压电换能器的耦合振动模型,利用压电学原理研究了机电转换理论,运用Newmark算法对发电系统输出电能进行仿真。仿真结果表明,所建模型能将振动机械能转换为电能,当车辆以10 km/h通过时最大会产生204.78V的电压和0.768mW的功率。对于开拓减速带发电新思路具有借鉴意义。     

压电换能器谐振频率动态检测的研究

超声波换能器串联谐振频率的检测和研究都是基于静态分析,因而存在无法对实际应用电路进行动态参数的识别和实时跟踪的缺点.基于压电换能器的等效电路,结合导纳圆分析,提出了一种检测换能器谐振频率和相关参数的方法.该方法对超声波电源实现自动识别、跟踪以及动态匹配压电换能器谐振频率等具有非常重要的参考作用.动态检测结果表明,该方法可以较好地检测出压电换能器的谐振频率.     

一种高频宽带水声换能器的研制

研制了一种宽带、高频压电复合材料圆环阵水声换能器.该换能器的宽带结果是通过采用降低压电材料机械品质因数Qm值和多模耦合振动两种方法实现的.通过径向切割压电陶瓷圆环、灌注环氧树脂得到压电复合材料圆环,再将不同壁厚的压电复合材料圆环轴向叠堆而成敏感元件,对敏感元件进行模具封装,引出电极引线,得到换能器.利用ANSYS软件对结构进行仿真,得到敏感元件谐振频率和带宽随压电陶瓷圆环厚度、高度和平均半径的变化规律,并根据仿真结果确定了换能器敏感元件的最优设计方案.将由最优参数得到的两个压电复合材料圆环轴向叠堆,制作了双圆环叠堆复合材料换能器.经测试,该换能器形成了明显的双模耦合振动,该换能器谐振频率为375 kHz,其-3 dBd工作带宽为90 kHz,最大发送电压响应达148 dB.实现了换能器的高频、宽带、水平全向发射声波的设计目标.     

智能结构中压电元件双向换能效率的仿真研究

根据压电振子机电换能等效图,得出压电超声换能器等效二端口网络模型,由此推导了智能结构中压电换能器的双向换能函数.仿真实验表明,驱动-传感换能器对的双向换能效率随负载声阻抗的增大先升高后降低.为提高换能效率,可以采用匹配声阻抗法.     

钹式换能器等效压电系数理论分析

将钹式换能器端帽视为圆板与锥壳的组合体,应用板壳理论,对钹式换能器金属端帽进行了力学分析,明确了端帽对压电元件的作用力。基于压电理论,对压电元件进行分析,确定了钹式换能器等效压电系数,并与已有实验数据进行对比分析。结果表明,所给出的等效压电系数最大误差小于5%,具有较高的计算精度。进而,讨论了端帽小端半径、大端半径、壁厚、锥半角和压电元件厚度对钹式换能器等效压电系数的影响,为钹式换能器优化设计提供了依据。     

基于滚压的压电叠堆压电转换特性仿真分析

本文提出一种基于滚压的压电俘能器结构,结合Cymbal压电换能器和压电振子叠堆,利用滚珠作为激励源,可以把机构的往复振动转换为对压电振子的单向压迫.使用仿真软件对俘能器结构中滚珠压迫压电单元的力,以及该俘能器结构在并联和串联模式下输出的电压和俘获的电能进行仿真分析,得到该结构的压电转换特性.仿真结果表明,滚珠对压电叠堆的压迫力与压电陶瓷层数并不是单向递减,1-5层时递增,5层以后压迫力逐渐减小.在压电陶瓷的总层数不变的情况下,并联和串联时压电叠堆所俘获的总电能是不变的.两种联接模式下总电能随层数的变化关系为5层以内时随层数的增加而减小,超过5层后逐渐增加.     

压电换能器瞬态接收特性的有限元模拟研究

接收信号在压电换能器压电层中的多次反射及波形转换对超声检测的灵敏度和分辨率有重要影响,如何优化阻尼结构与材料参数是提高压电换能器接收性能的关键之一。本文用ANSYS有限元软件中的力-电耦合瞬态模拟方法,研究了压电直探头中阻尼结构的几何尺寸及声阻抗对其瞬态响应的影响,得到了压电换能器中不同时刻的弹性波场、电场分布以及输出电压响应曲线,揭示了换能器瞬态响应产生的多次反射波对其检测灵敏度和分辨率的影响。研究结果表明：通过改进的阻尼结构与材料参数对消减接收信号的多次反射,缩短余振时间具有明显的作用,也可以大大降低换能器的研发周期和成本。     

导波激励/接收压电换能器参数检测电路的设计与实现

提出了一种基于π网络零相位法的测量压电换能器谐振频率、反谐振频率和静电容的新方法,并据此设计研制了试验测量装置,对压电换能器的谐振频率、反谐振频率及自由电容等参数进行测量。经过试验测试,该装置可以实现压电换能器基本参数的测量。     

压电换能器电端匹配电路的优化

压电换能器长时间、大功率工作时,其各种电参数会随环境因素,特别是自身温度变化而改变,这种变化直接影响电声转换效率.本研究在分析压电超声换能器电感电容匹配电路原理的基础上,按照各项性能参数改变对电端匹配电路的影响规律,提出在一定变化范围内该匹配电路参数的优化方法.     

Lead-free piezoceramic cymbal actuator

Lead-free piezoelectric ceramic 0.90(Bi_1/2Na_1/2)TiO₃-0.05(Bi_1/2K_1/2)TiO₃-0.05BaTiO₃ (abbreviated as BNT-BKT-BT5) is used as the driving element in a cymbal actuator with titanium endcaps. Both the electrical and mechanical properties of the lead-free piezoceramic cymbal are compared with that of the lead zirconate titanate (PZT) cymbal. It is found that the performance of the lead-free ceramic cymbal actuator is comparable to those fabricated using hard PZT ceramic driving element because BNT-BKT-BT5 has reasonable piezoelectric coefficients and low density.     

利用Msc.dytran优化高冲击压电式加速度传感器设计

为优化压电式加速度传感器设计,提高其量程,用瞬态动力学仿真软件Msc.dytran对中心压缩型压电式加速度传感器在导弹碰靶过程中的加速度和动态应力进行模拟仿真。结果表明：对于结构一定的传感器,压电片厚度存在一个最佳值,可以通过仿真选择较好的材料组合（如,基座选铝、压电材料选石英）来减小透射到压电片中的应力波强度,以提高传感器的量程。     

硅微压电超声换能器的设计与制作

介绍了一种用ZnO薄膜作为压电层的硅微压电式超声换能器(PMUT).该硅微压电换能器的振动基膜采用LPCVD制作的氮化硅薄膜和PECVD制作的二氧化硅形成的复合振动膜结构.文中运用有限元方法对该硅微压电换能器的结构进行了模拟和计算,并进行了预应力对硅微换能器共振频率的影响的分析.实验测得硅微压电式换能器的共振频率为71.36 kHz.本文还使用该硅微超声换能器在油中进行了初步的共振频率点收发信号的实验,接收实验测得信号峰峰值为9 mV左右,发射实验标准水听器接收信号峰峰值为0.8 mV左右.     

Tonpilz型压电陶瓷超声传感器的设计

超声传感器是一种电声转换器件,其敏感元件压电陶瓷控制传感器的主要性能。设计了一种谐振频率为140 kHz的Tonpilz型压电陶瓷超声传感器,从压电方程入手,建立了不同的理论模型,对等效网络法和有限元法2种不同的设计方法进行了比较。相应的试验表明:有限元法的分析结果直观明了、建模快捷、分析准确,其误差可控制在5%以内。设计研制的Tonpilz型传感器工艺简单、造价低廉、性能稳定。     

压电风扇振动方程和速度场的数值分析

通过ANSYS建立压电风扇的简化模型,对压电风扇进行模态分析,得出1阶模态下的共振频率为51.19 Hz;通过瞬态分析得出风扇上给定点的最大振动位移和振动特性,拟合出压电风扇处于最大位移时的振动曲线;得出压电风扇在整个工作过程的振动函数方程;通过此运动方程编写用户自定义函数（User Defined Function,UDF）在FLUENT中计算出压电风扇周围最大速度为1.94 m/s,沿流道长度方向上的速度约为0.73 m/s.     

压电式压力传感器热冲击效应的试验研究

论述了瞬变温度对压电式压力传感器具有热冲击作用,并能改变传感器的预紧力、自振频率及灵敏度,形成瞬变温度误差.传感器的特殊膜片结构可以大大减小瞬变温度误差.通过对某2种压电式传感器的模拟热冲击效应的试验研究,阐述了热冲击对传感器的实际影响,并给出了测量数据及分析结果.